专利名称：一种电子伺服变压器及伺服系统的制作方法
技术领域：
本发明实施例属于配电领域，尤其涉及一种电子伺服变压器及伺服系统。
背景技术：
在自动化控制领域，伺服电机控制方便、精度高，因而被广泛采用，各国 著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完
善和更新。中国电网采用三相相电压380V,零线电压220V， 1KW以上(400W 以上大多数)的电子伺服变压器采用三相200 ~ 240V(电压波动200 ~ 240V+10%、 200 ~ 240V-15。/。)供电。
电子伺服变压器将单相或三相正弦交流电流通过整流元件变成平稳的可调 的单方向的直流电流，已广泛应用于精密数控行业，图l示出了现有技术提供 的一种电子伺服变压器，三相交流电的每一相分别与一个整流桥堆连接，组成 三相半波整流电路，该三相半波整流电路的输出端接交流伺服单元内桥式整流 电路的两个输入端，三相交流电的零线分别接交流伺服单元内桥式整流电路的 另一输入端。提高了电子伺服变压器的耐压性及抗强电流冲击能力，但该电子 伺服变压器存在以下缺陷
1. 电机启动或突然堵转会造成对整流电路的冲击，然而该电子伺服变压器 抗冲击能力较弱，仍然有被击穿的可能，并且电路短路后，整个整流电 路乃至与之相接的伺服单元有烧坏的可能；
2. 整流桥堆虽然具有一定的抗强电流沖击能力和耐压性，但一旦有两个串 联的二极管被烧坏会造成电路该支路断路；
3. 在没有漏电保护的情况下，若输入端接错，将零线接入火线，会烧坏伺 月艮系统。
综上所述，现有技术的电子伺服变压器耐压较低，抗沖击能力弱。
发明内容
本发明实施例实施例的目的在于提供一种电子伺服变压器及其伺服系统， 旨在解决现有的电子伺服变压器耐压低、抗强电流冲击弱、保护能力不够的问 题。
本发明实施例实施例是这样实现的， 一种电子伺服变压器，其输入端与三 相交流电连接，输出端与伺服单元连接，其特征在于，所述电子伺服变压器的 输入端连接有至少两个整流元件组成的桥堆组，所述三相交流电输入所述电子 伺服变压器，经所述桥堆组进行整流后输出到所述伺服单元。
本发明实施例实施例的另一目的在于提供一种包括上述电子伺服变压器的 伺服系统，所述伺服系统还包括一伺服单元，所述电子伺服变压器的输入端与 三相交流电连接，其输出端分别连接所述伺服单元的输入端，所述伺服单元输 出端与伺服电动机连接。
在本发明实施例中，所述电子伺服变压器的输入端连接有至少两个整流元 件组成的桥堆组，当桥堆组中有某些元件发生故障时，仍然有一路正常通路确 保可继续工作，减小了故障率，提高了电子伺服变压器的耐压性及抗强电流的 冲击能力，本发明实施例的电子伺服变压器具有电路简单，对元器件参数要求 低、容易实现、具有成本低、故障率低、易于维护等优点，稳定性好，可靠性 高，抗雷击、抗高压大电流的性能更优，保护能力强。
图l是现有技术提供的电子伺服变压器电路图2是本发明实施例的电子伺服变压器的电路图3是本发明实施例提供的各种可替换的整流元件示意图5是本发明实施例提供的采用桥中桥的电子伺服变压器电路图6是本发明实施例提供的采用一个桥中桥的电子伺服变压器电路图9示出了本发明实施例提供的采用单向可控硅的电子伺服变压器电路
图10示出了本发明实施例提供的采用三相整流桥的电子伺服变压器电路
图11示出了本发明实施例提供的伺服单元第一接线方案电路图 图12示出了本发明实施例提供的伺服单元第二接线方案电路图 图13示出了本发明实施例提供的伺服单元第三接线方案电路图 图14示出了本发明实施例提供的伺服单元第四接线方案电路图 图15示出了本发明实施例提供的一种伺服系统的电路图； 图16示出了本发明实施例提供的另 一种伺服系统的电路图； 图17示出了本发明实施例提供的一种配电电路图； 图18示出了本发明实施例提供的一种检测电路图； 图19示出了本发明实施例提供的一种电子伺服变压器的连接示意图
具体实施例方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附 图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
本发明实施例电子伺服变压器的输入端连接有至少两个整流元件组成的桥 堆组，提高了电子伺服变压器的耐压性及抗强电流冲击能力，当桥堆组中有某
些元件发生故障时，仍然有一路正常通路确保可继续工作，减小了故障率。
图2示出了本发明实施例的电子伺服变压器的电路，采用两个单相桥堆串 联的方式组成单相串联桥堆组，例如单相桥堆DB1和单相桥堆DB2组成一个 单相串联桥堆组。电子伺服变压器的三相电压输入端R、 S、 T外接三相交流电， 输入三相交流电，单相桥堆DB1和单相桥堆DB2串联后与输入端R连接、压 敏电阻U1的一端与输入端R连接，压敏电阻U1的另一端经与之串联连接的 放电管DF1连接到接地端；单相桥堆DB3和单相桥堆DB4串联后与输入端S 连接，压敏电阻U2的一端与输入端S连接，压敏电阻U2另一端经与之串联连 接的放电管DF2连接到接地端。从R、 S输入端输入交流电分别经串联的单相 桥堆DB1及单相桥堆DB2进行半波整流，转换成直流电后传输到伺服单元的 主回路电源的输入端Ll;从T输入端输入交流电分别传输到串联连接的单相桥 堆DB5和单相桥堆DB6，以及压敏电阻U3中， 一路经压敏电阻U3和与之串 联连接的放电管DF3传输到接地端，另一路经单相桥堆DB5和单相桥堆DB6 进行半波整流，转换成直流电后传输到伺服单元的电源输入端L2。伺服单元主 回路电源内的三相桥堆DB7将输入端Ll 、 L2输入的直流电进行合成后储能到 储能滤波电容Cl。伺服单元的辅助电源内的单相桥堆DB8将从伺服单元的电 源输入端Ll输入的直流电进行合成后储能到储能滤波电容C2,单相桥堆DB8 的另一端与零线N连接，伺服单元的主回路电源输入端L3与零线N连接，同 时压敏电阻U4与放电管DF4串联的支路与压敏电阻U5和放电管DF5串联的 支路并联后接入零线N，另一端接地。另，伺服单元的主回路电源输入端L1、 L2、 L3分别经自恢复保险丝(高分子PTC)与三相桥堆DB7连接，进行过流 保护。
在本发明实施例中的单相桥堆(例如DB1、 DB2)可以采用其他形式的整 流元件，例如三相桥堆、单向可控硅、二极管、快恢复整流二极管等，如图 3所示。
在本发明实施例中，整流元件包括正极、负极，所述电子伺服变压器的每
一输入端与所述整流元件正极连接，或所述电子伺服变压器输入端与所述整流 元件负极连接。
在本发明实施例中，桥堆组(例如两个单相桥堆串联的方式组成单相串联 桥堆组)可以采用至少两个所述整流元件串联、并联、至少四个所述整流元件 组成的桥中桥或者上述的任意组合。
在本发明实施例中，桥中桥的连接方式有多种，例如 (1)两个所述整流元件串联组成一支路，至少两路所述支路再并联接入所 述电子伺服变压器一输入端，其中一路所述支路的两个所述整流元件的结点与 另外的至少 一路所述支路的两个所述整流元件的结点电连接；
(2 )两个所述整流元件串联组成一支路接入所述电子伺服变压器的任一输 入端，所述支路的两个所述整流元件的结点与连接在所述电子伺服变压器的另 一输入端的所述支路的两个所述整流元件的结点电连接。
在本发明实施例中，三相交流电的零线端串联一保险丝，当电子伺服变压 器的零线接口接入三相交流电的火线端时保险丝烧断，整个电路断路，起到保 护作用。作为本发明的一个实施例，在三相交流电的三相端和零线端分别串联 一个保险丝，或者在电子伺服变压器接零线的输入端前串联一保险丝。
用户可根据实际需要选取压敏电阻和放电管的参数，当电网电压被雷击时， 上千伏甚至上万伏的浪涌电压将通过压敏电阻、放电管对地放电。如果接有漏 电开关，则漏电开关动作切断三相电；如果未接漏电开关，但零线N端串联有 保险丝，则将保险丝烧断，电路受到保护。在本发明实施例中，可以采用两个 压敏电阻和放电管串联的结构，两个压敏电阻和放电管串联的支路再并联成一 5^妾入零线的结构，或者多个压敏电阻和放电管串联的支路再并联的结构，以 增大耐压强度。用户可根据需要的耐压高低，负载电流大小，选择串并联所采 用的结构。
由于实际操作中有将电子伺服变压器的零线和火线接反的情况出现，如果 接反则通过压敏电阻、放电管对地放电，为使保险丝迅速烧断，可在零线处并
联至少两路压敏电阻和放电管串联的支路，则增大了放电电流，快速烧断保险 丝。
在本发明实施例中，还可以不釆用压敏电阻及放电管，提高桥堆的耐压到
1600V (采用进口桥堆)，但成本较高。
在本发明实施例中，还可以从R输入端经桥堆组连接到伺服单元的主回路 电源输入端Ll,从S、 T输入端分别经桥堆连接到伺服单元的主回路电源输入 端L2。
在本发明实施例中，电子伺服变压器的输出端Ll、 L2、 L3与伺服单元的 主回路电源连接的方式可以有多种，例如
(1) 单相桥堆DB8的L1C端与Ll或L2连接，L2C端与L3连接；
(2) 当主回路电源中三相桥堆DB7的L2端与零线N连接时，单相桥堆 DB8的L2C端与该零线L2连接，然后另一端L1C与三相桥堆DB7的Ll或 L3端连接；
(3 )单相桥堆DB8的L1C端可以与R、 S、 T的任意一相连接，然后L2C 端与零线N连接；
(4)单相桥堆DB8先连接一个隔离变压器，再与电源连接，增加了电路 的抗干扰能力。
实际应用中，采用桥堆具有安装方便、易于散热、反向耐压高、额定电流 大、过载能力强的优点，本电路4妻线简单、性能稳定。
图3示出了本发明实施例提供的各种可替换的整流元件，对比于图2所示 的单相桥堆，在本发明实施例中还可以采用其他形式，例如图3(1)示出的单 相桥堆，图3 (2)示出的二极管、图3 (3)示出的单向可控硅、图3 (4)示 出的快恢复整流二^ l管、图3 ( 5 )示出的三相桥堆等。
采用本发明实施例提供的桥堆组较之采用进口高耐压大电流整流元件，成 本低很多。
图4示出了本发明实施例提供的釆用并联单相桥堆组的电子伺服变压器电
路，与图2相比，采用两个单相桥堆串联，然后将两组串联的桥堆再并联接入 电子伺服变压器每一输入端。
作为本发明的一个实施例，还可以采用两个单相桥堆并联，然后将两组并 联的桥堆再串联接入电子伺服变压器每一输入端，该结构相当于一个桥中桥结
构，如图5所示。当然，我们可以在一组并联的桥堆之后串联至少一个桥堆， 然后再与另外一组并联的桥堆串联接入电子伺服变压器每一输入端。
作为本发明的一个实施例，还可以采用两个单相桥堆并联，然后接入电子 伺服变压器每一输入端。
在本发明实施例中，两个单相桥堆串联还可以推广到多个单相桥堆串联， 同样也可以推广到多组串联支路并联的连接方式，而每支路上的桥堆个数可以 不相等。若采用各相桥堆组对称的设计，不仅具有输出电压低的特点，更有电 压对称、直流波紋小的特点，使伺服单元更稳定。
4相比，在电子伺服变压器的每一输入端中，将两个串联的单相桥堆的中间与 另外两个串联的单相桥堆的中间连接，组成一个桥中桥的连接方式。该电5$4员 坏一个元件，整个电路的所耐电压下降不多，并且即使每个串联支路上均有一 个元件短路、断路，也不影响整个电路，性能更优。
作为本发明的一个实施例，图5示出的电路，可以将单相桥堆DB3和单相 桥堆DB4的结点，再与单相桥堆DB5和单相桥堆DB6的结点连接。
作为本发明的一个实施例，两个串联的单相桥堆的的结点与另外两个串联 的单相桥堆的结点通过串联至少一个桥堆组成桥中桥。可以想到，桥中桥的每 条支路可以由串联、并联以及串并联结合的方式将整流元件任意组合。
图6示出了本发明实施例提供的采用一个桥中桥的电子伺服变压器电路， 与图2相比，在电子伺服变压器的两输入端中，将两个串联的单相桥堆的结点 与另外两个串联的单相桥堆的的结点连接，组成一个桥中桥的连接方式，电子 伺服变压器的另外一输入端采用两个单相桥堆串联即可，更具稳定性。 与图4相比，采用了三组两两串联的桥堆支路再并联的接入方式，增大耐压。
5和图7相比，本发明实施例采用三组两两串联的桥堆并联，然后将每组串联
的单相桥堆的中间连接的接入方式，具有更高的稳定性和耐压程度。
作为本发明的一个实施例，图5示出的电路，可以将单相桥堆DB5和单相 桥堆DB6的结点，再与单相桥堆DB7和单相桥堆DB8的结点连接。
图9示出了本发明实施例提供的采用单向可控硅的电子伺服变压器电路， 单向可控硅(晶闸管)串联于三相交流电的每一相中，然后再与并联的两个单相 桥堆串联，单向可控硅的控制端与电阻R3串联，然后电阻R3与稳压管DW1 串联后接入零线，电阻R1和电阻R2串联后连接与T输入端和N输入端之间， 电阻Rl和电阻R2的连接处与二极管Dl的阳极连接，然后二极管Dl的阴极 连接于电阻R3和稳压管DW1的连接处。 一电容C3与稳压管DW1并联。二 极管D3的阳极与Ll相连接，然后阴极与稳压管DW4、稳压管DW5、电阻 R4串联后，接入三极管的控制端，二极管D2的阳极与L2相连接，然后阴极 与稳压管DW2、稳压管DW3、电阻R4串联后，接入三极管Q的基极，三极 管Q的集电极接电阻R3和稳压管DW1的连接处，发射极接零线N。当Ll或 L2的支路的电压过高时，触发三极管导通，导致电阻R3与二极管Dl的连接 处接地，无法触发单向可控硅导通，避免了电流过大对电路产生的影响。
图10示出了本发明实施例提供的采用三相整流桥的电子伺服变压器电路， 电子伺服变压器的每一输入端分别连接一三相整流桥，再将其中两个三相整流 桥的另一端相互连接，形成并联后再与一个三相整流桥DB2串联后输出，该输 出端与伺服单元的电源输入端Ll (或者L2)连接。电子伺服变压器另外一输 入端连接两个串联的三相整流桥后，与伺服单元的电源另一个输入端L2(或 Ll)连接。
作为本发明的一个实施例，电子伺服变压器的每一输入端分别连接一三相
整流桥，再将其中两个三相整流桥的另一端相互连接，形成并联后再与至少两
个三相整流桥并联的支路串联，然后与伺服单元的电源输入端Ll (或者L2) 连接。
总结上述的具体实施例，根据实际电压、电流的需求，考虑实际耐压的稳 定程度，采用元件串并联结合的冗余系统可实现高稳定和耐压的目的。
本发明实施例的电子伺服变压器适用于各种伺服单元。伺服单元包括主回 路电源和辅助电源，主回if各电源的输入端分别为输入端Ll、 L2、 L3，辅助电 源的输入端分别为输入端L1C、 L2C。辅助电源的L1C端、L2C端有以下几种 不同的接线方案，如图11至14所示。
图11示出了本发明实施例提供的伺服单元第一接线方案，辅助电源的L1C 端与Ll端连接，L2C端与L3端连接，其中L3端接零线N， L3端也可以接地。
在本发明实施例中，L1C端还可以与L2端连接，L2C端与L3端连接，或 者L2C端与零线连接，其中L3端也可以接地。
图12示出了本发明实施例提供的伺服单元第二接线方案，主回路电源的 L2端接零线N, L1C端与主回路电源的Ll端或L3端连接。
图13示出了本发明实施例提供的伺服单元第三接线方案，L1C端、L2C 端与隔离变压器连接后，分别与电子伺服变压器任意两输出端连接。
图14示出了本发明实施例提供的伺服单元第四接线方案，L1C端与电子伺 服变压器任何一输出端连接，L2C端接零线N。
本发明实施例提供了 一种伺服系统，该伺服系统包括上述电子伺服变压器， 还包括一伺服单元，电子伺服变压器的输入端与三相交流电连接，其输出端分 别连接伺服单元的输入端，伺服单元输出端与伺服电动机连接。
图15示出了本发明实施例提供的一种伺服系统的电路，釆用图IO所示的 电路方案，伺服单元辅助电源的L1C端与S输入端连接，L2C端接零线N。另 外该电路的零线处，连接一压敏电阻U4，压敏电阻U4与放电管DF4串联后接 地。
作为本发明的一个实施例，伺服单元辅助电源的L1C端还可以与R或T 输入端连接，L2C端接零线。
图16示出了本发明实施例提供的另一种伺服系统的电路，采用两个二极管 串联组成一个串联支路，然后三组串联支路再并联接入电子伺服变压器的每一 输入端，零线输入端N连接一压敏电阻U4，压敏电阻U4与放电管DF4串联 后接地，伺服单元的主回路电源输入端L3与零线连接，其中伺服单元的L1C 端与R输入端连接，L2C端接零线N。
为增加电路稳定性，在电压异常时迅速判断和控制电路的通短，在本发明 实施例中，在两条电压输入端与零线之间分别接入一个检测电路，由两个检测 电路对两电压输入端进行检测，出现电压异常后，检测电路可迅速将电路断开， 以保护电路不受损害，增加了整个电路的稳定性。
图17示出了本发明实施例提供的一种检测电路，输入端连接L1端或者L2 端，分别对两路的电压进行检测，如果大于预设的值，则断路器K1断开，如 果小于预设的值，则断路器K2断开，起到保护电路的作用。其中，检测电路 的电路板悬空，然后地线与零线N连接。
本发明实施例中，配合检测电路时，采用伺服单元的主回路电源L2端连 接零线N的接线方式，可应用于大功率伺服控制器。
图18示出了本发明实施例提供的一种配电电路，配线用断路器1QF与三 相交流电的A、 B、 C、 N相连接，然后另一端连接噪音滤波器FIL，噪音滤波 器FIL1801再通过电i兹接触器1KM与电子伺服变压器1802输入端连接，电子 伺服变压器1802输出端分别连接伺服单元1803的Ll、 L2、 L3输入端，伺服 单元1803再连接伺服电动机等设备。另外断路器Kl和断路器K2串联,再在 与一手动开关4KM并联后，接入电石兹接触器1KM的一个电压输入端(例如电 磁接触器1KM接三相交流电A相的电压输入端)中，其中断路器K1和K2分 别由一个检测电路控制。
在本发明实施例中，在电子伺服变压器1802输入端分别连接一保险丝，再
与电磁接触器1KM连接，若零线、火线错接，保险丝会烧断断开，起保护作 用。作为本发明的一个实施例，电子伺服变压器1802输入端可以只在零线N 处连接一保险丝，再与电磁接触器1KM连接。
图19示出了本发明实施例提供的一种电子伺服变压器的连接示意，电子伺 服变压器1901的输入端Input分别连接三相交流电的R、 S、 T、 N端，输出端 Output分别连接伺服单元1902的输入端Ll、 L2、 L3,伺服单元1902的输入 端L1C端连接L1， L2C端连接L3，伺服单元1902的输出端w、 v、 w分别与 电动机插头连接，电动机外壳接地。
在本发明实施例中，电子伺服变压器与伺服单元配套使用，组成一伺服系 统。作为本发明的一个实施例，电子伺服变压器可以模块化后与伺服单元组合 使用。
本发明实施例的电子伺服变压器输入端连接有至少两个整流元件串联组成 的桥堆组，提高了耐压强度，同时针对整流元件容易烧断的现象采用至少两个 桥堆的并联接入，增大了可经过的电流，因此，这种至少两个桥堆的串联和/ 或并联接入三相交流电的各相的实现方案，提高了电路的耐压性及抗沖击电流 的能力。采用低成本的整流元件串并联组成的桥堆组替代高耐压大电流器件， 成本降低，产品在市场上更具竟争优势。并，在电路中采用检测电路对电路中 的电压时时检测，在出现异常高压或过低压时能够报警并可快速、有效地切断 电路。还有在电子伺服变压器输入端连接有压敏电阻，压敏电阻与放电管串联， 并将放电管另一端接地，有高电压通过的时候对高压进行放电，更有效地保护 电子伺服变压器。本发明实施例提供的电子伺服变压器抗雷击、抗高压性能好， 保护能力强，成本低，并可防止错接带来的击穿问题，与伺服单元、伺服电机 配套使用，被广泛应用于数控加工中心、包装设备、印刷设备、纺织设备、激 光加工设备、机器人、试验机、雕刻机、自动化生产线等领域。
以上所述仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施 例，凡在本发明实施例的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，
均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
权利要求
1.一种电子伺服变压器，其输入端与三相交流电连接，输出端与伺服单元连接，其特征在于，所述电子伺服变压器的输入端连接有至少两个整流元件组成的桥堆组，所述三相交流电输入所述电子伺服变压器，经所述桥堆组进行整流后输出到所述伺服单元。
2、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述电子伺服变压 器的一输入端连接有至少两个整流元件组成的桥堆组，另 一输入端连接有至少 一个整流元件，所述与另一输入端连接的至少一个整流元件连接到所述桥堆组 的两个整流元件的结点。
3、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述整流元件是单 相桥堆、三相桥堆、二极管、单向可控硅、或快恢复整流二极管。
4、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述整流元件包括 正极、负极，所述电子伺服变压器的每一输入端与所述整流元件正极连接，或 所述电子伺服变压器输入端与所述整流元件负极连接。
5、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述桥堆组是至少 两个所述整流元件串联、并联、至少四个所述整流元件组成的桥中桥或者上述 的任意组合。
6、 如权利要求5所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述桥中桥的连接 方式是两个所述整流元件串联组成一支路，至少两路所述支路再并联接入所迷电 子伺服变压器一输入端，其中 一路所述支路的两个所述整流元件的结点与另外 的至少 一路所述支路的两个所述整流元件的结点电连接；或者两个所述整流元件串联组成一 支路接入所述电子伺服变压器的任一输 入端，所述支路的两个所述整流元件的结点与连接在所述电子伺服变压器的另 一输入端的所述支路的两个所述整流元件的结点电连接。
7、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述三相交流电的 零线端串联一保险丝。
8、 如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述电子伺服变压 器的任一输入端与至少一个压敏电阻的一端连接，所述压敏电阻的另一端接地。
9、 如权利要求8所述的电子伺服变压器，其特征在于，所述压敏电阻的一 端与所述电子伺服变压器的输入端连接，所述压敏电阻的另一端通过一放电管 接地。
10、 一种包括权利要求1的电子伺服变压器的伺服系统，所述伺服系统还 包括一伺服单元，所述电子伺服变压器的输入端与三相交流电连接，其输出端 分别连接所述伺服单元的输入端，所述伺服单元输出端与伺服电动机连接。
全文摘要
本发明实施例适用于配电领域，提供了一种电子伺服变压器及其伺服系统，所述电子伺服变压器，其输入端与三相交流电连接，输出端与伺服单元连接，其特征在于，所述电子伺服变压器的输入端连接有至少两个整流元件组成的桥堆组，所述三相交流电输入所述电子伺服变压器，经所述桥堆组进行整流后输出到所述伺服单元。本发明实施例的电子伺服变压器电路简单，对元器件参数要求低、容易实现、具有成本低、故障率低、易于维护等优点，稳定性好，可靠性高，抗雷击、抗高压大电流的性能更优，保护能力强。
文档编号H02P27/06GK101369784SQ200810068019
公开日2009年2月18日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者何川江 申请人:何川江